張震

摘 要：光伏微電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)分布式光伏消納利用的有效方式，具有廣闊的發(fā)展前景。本文建立了光伏微電網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算模型，針對(duì)光伏微電網(wǎng)應(yīng)用于商業(yè)用戶的情景，進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，得出該系統(tǒng)內(nèi)部收益率為5%，投資回收期為14.9年，同時(shí)進(jìn)行了盈虧平衡分析。本文的研究可以為光伏微電網(wǎng)的研究和工程應(yīng)用提供理論參考和工程指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：光伏微電網(wǎng)；技術(shù)經(jīng)濟(jì)性；盈虧平衡分析

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）01-0157-03

Abstract：Photovoltaic-based microgrid is an effective way to consume distributed photovoltaic generation， and has broad prospects for development. This paper establishes a technical economic calculation model of photovoltaic-based microgrid， and carries out techno-economic analysis and breakeven analysis in one microgrid scenarios for commercial users. The result shows that its internal rate of return is 5%， and the payback period is 14.9 years. This paper can provide a theoretical reference and guidance for engineering research and engineering applications of photovoltaic-based microgrid.

Key words： Photovoltaic-based microgrid； techno-economic analysis；break even analysis

當(dāng)前，光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。在光伏微電網(wǎng)發(fā)展初期，大多關(guān)注與微電網(wǎng)規(guī)劃[1-2]、配置[3]、控制與運(yùn)行[4-5]相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)研究和設(shè)備研發(fā)，目前針對(duì)光伏微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性研究較少。國(guó)外的研究主要集中在從微源控制、微電網(wǎng)的投資、建設(shè)及運(yùn)營(yíng)過程，以及參與者的多元化等方面剖析微電網(wǎng)效益；國(guó)內(nèi)的研究主要集中在對(duì)微電網(wǎng)的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式方面、綜合效益評(píng)估方面。目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)的研究均未對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行深入計(jì)算與分析，更缺少針對(duì)光伏微電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的研究。

因此，本文建立了針對(duì)光伏微電網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性模型，開展光伏微電網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，通過具體的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性計(jì)算，量化光伏微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)與項(xiàng)目實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)，為光伏微電網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化提供工程經(jīng)濟(jì)層面的指導(dǎo)。

1 光伏微電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算模型

1.1 財(cái)務(wù)分析模型

根據(jù)光伏微電網(wǎng)綜合效益評(píng)價(jià)的特殊性，建立綜合財(cái)務(wù)分析模型，結(jié)合一般項(xiàng)目財(cái)務(wù)分析理論和方法，把外部因素內(nèi)部化。光伏微電網(wǎng)的主要財(cái)務(wù)分析模型[6-8]如式（1）～式（6）所示。

1.1.1 靜態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1）光伏微電網(wǎng)項(xiàng)目投資收益率。

式中：表示投資收益率，為業(yè)務(wù)總收入，為項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)總周期?；鶞?zhǔn)收益率為的條件下，若，則項(xiàng)目可以考慮接受；若，則項(xiàng)目應(yīng)予以拒絕。

（2）光伏微電網(wǎng)項(xiàng)目靜態(tài)投資回收期。

式中：表示靜態(tài)投資回收期（年），表示現(xiàn)金流入，表示現(xiàn)金流出，表示年限。

設(shè)基準(zhǔn)投資回收期為，若，則項(xiàng)目可以考慮接受；若，則項(xiàng)目應(yīng)予以拒絕。

1.1.2 動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1）內(nèi)部收益率。

式中：為內(nèi)部收益率。指標(biāo)放映出投資方案所做出的貢獻(xiàn)，反映出項(xiàng)目資金占用的效率。當(dāng)收益既定時(shí)，收到的時(shí)間越早，IRR越大。

（2）光伏微電網(wǎng)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)投資回收期。

式中：為動(dòng)態(tài)投資回收期（年）。

根據(jù)全部投資現(xiàn)金流量表中累計(jì)凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值計(jì)算求得。

（5）

設(shè)基準(zhǔn)投資回收期為，若，則項(xiàng)目可以考慮接受；若，則項(xiàng)目應(yīng)予以拒絕。

（3）光伏微電網(wǎng)項(xiàng)目?jī)衄F(xiàn)值。

式中：表示凈現(xiàn)值，表示基準(zhǔn)折現(xiàn)率，一般取為8%。若，方案予以接受；若，臨界狀態(tài)；若，方案應(yīng)予以拒絕。

1.2 光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)不確定性分析模型

1.2.1 系統(tǒng)設(shè)備投資年成本

光伏微電網(wǎng)設(shè)備投資年成本主要包括光伏系統(tǒng)年成本，儲(chǔ)能系統(tǒng)年成本、儲(chǔ)能雙向變流器模塊年成本。

式中：為光伏系統(tǒng)容量；為儲(chǔ)能雙向變流器總功率；，，分別為光伏組件單價(jià)、儲(chǔ)能電池單價(jià)和儲(chǔ)能變流器單價(jià)；為系統(tǒng)運(yùn)行年限；為貼現(xiàn)率4%。

1.2.2 系統(tǒng)年收益

光伏微電網(wǎng)年收益為：

式中：、、分別為電網(wǎng)售電電價(jià)、光伏上網(wǎng)和光伏補(bǔ)貼電價(jià)，元/kWh；、、、分別為負(fù)荷功率、光伏上網(wǎng)功率、微電網(wǎng)向電網(wǎng)購(gòu)入電能功率及光伏出力。

1.2.3 盈虧平衡分析

假設(shè)在盈虧平衡點(diǎn)處，.本文選取的4類指標(biāo)的盈虧平衡點(diǎn)計(jì)算方法如式（9）～式（13）所示。盈虧平衡發(fā)電產(chǎn)量：

式中：為盈虧平衡點(diǎn)生產(chǎn)的最小規(guī)模。

盈虧平衡銷售收入：

式中：R*為盈虧平衡點(diǎn)銷售收入的最低要求。

盈虧平衡生產(chǎn)能力利用率：

式中：為盈虧平衡點(diǎn)生產(chǎn)能力利用率的最低比例。生產(chǎn)能力利用率越小，表示項(xiàng)目的可靠性越大，即抗風(fēng)險(xiǎn)能力越強(qiáng)。

盈虧平衡發(fā)電銷售價(jià)格：

式中：為盈虧平衡點(diǎn)銷售價(jià)格的最低值。

1.3 敏感性分析模型

敏感度系數(shù)指項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)變化的百分率與不確定因素變化的百分率之比。敏感度系數(shù)越高，表示項(xiàng)目效益對(duì)該不確定因素的敏感程度越高。

（14）

式中：為評(píng)價(jià)指標(biāo)A對(duì)不確定因素F的敏感度系數(shù)；ΔF/F為不確定因素F的變化幅度；ΔA/A為不確定因素F發(fā)生ΔF變化時(shí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)A的相對(duì)變化率。

2 光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)概述

選取某光伏微電網(wǎng)為算例，接入光伏系統(tǒng)的發(fā)電容量共157kW，接入儲(chǔ)能系統(tǒng)31.7kWh，逆變器44kW，微電網(wǎng)各組件參數(shù)如文獻(xiàn)[9]所示。典型日光伏出力與居民負(fù)荷如圖1示。

模型中取居民生活用電峰谷電價(jià)，高峰時(shí)段為14：00-17：00及19：00-22：00，電價(jià)為0.96元/kWh，低谷時(shí)段為00：00-08：00，電價(jià)為0.29元/kWh，其他時(shí)段為平時(shí)段，電價(jià)為0.58元/kWh，光伏上網(wǎng)電價(jià)為0.38元/kWh，光伏補(bǔ)貼為0.42元/kWh。峰谷分時(shí)電價(jià)下光伏微電網(wǎng)的運(yùn)行策略如文獻(xiàn)[9]所示。

3 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性

3.1 初始條件設(shè)定

表1為光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)總投資明細(xì)。安裝工程費(fèi)按設(shè)備投資的8%計(jì)算；工程建設(shè)其它費(fèi)用包括土地費(fèi)用、項(xiàng)目前期費(fèi)、建設(shè)單位管理費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)等，共計(jì)14.33萬元；預(yù)備費(fèi)包括基本預(yù)備費(fèi)和漲價(jià)預(yù)備費(fèi)，其中基本預(yù)備費(fèi)的費(fèi)率為5%，不計(jì)漲價(jià)預(yù)備費(fèi)；遞延資產(chǎn)費(fèi)用包括生產(chǎn)人員準(zhǔn)備費(fèi)和辦公及生活家具購(gòu)置費(fèi)；流動(dòng)資金按上述建設(shè)投資總額的8%計(jì)算[10]。運(yùn)行設(shè)備壽命取15年，建設(shè)期1年，項(xiàng)目計(jì)算期為16年。

3.2 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果分析

利用上述財(cái)務(wù)分析模型，本文對(duì)某光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了財(cái)務(wù)分析，如表2。

通過財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)可知，建設(shè)該光伏微電網(wǎng)的項(xiàng)目總投資為251.31萬元，其中建設(shè)投資為202.71萬元，占總投資的比例為80.66%。該光伏微電網(wǎng)在計(jì)算期內(nèi)的年均收入為23.47萬元，年均總成本費(fèi)用為16.75萬元，年均利潤(rùn)總額為6.72萬元，年均所得稅為1.68萬元，年均稅后利潤(rùn)為5.04萬元。本項(xiàng)目的稅后投資利稅率為2.67%，稅后投資收益率為2.01%，稅后內(nèi)部收益率為3%，小于基準(zhǔn)收益率8%，投入資金內(nèi)部?jī)敻赌芰Σ蛔?；稅后凈現(xiàn)值為13.31萬元，說明本項(xiàng)目的資金利用情況一般。這是由于現(xiàn)階段由于儲(chǔ)能用鋰電池和變流器組件的成本較高，然而，通過配置儲(chǔ)能帶來的系統(tǒng)供電可靠性收益和環(huán)境效益意義重大。近年來鋰電池成本和儲(chǔ)能變流器組件價(jià)格一直呈現(xiàn)著下降趨勢(shì)。

3.3 盈虧平衡分析

盈虧平衡分析通過計(jì)算項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)年主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的盈虧平衡點(diǎn)，分析項(xiàng)目成本與收入的平衡關(guān)系。本文通過產(chǎn)量、銷售收入、生產(chǎn)能力利用率和銷售價(jià)格4個(gè)指標(biāo)的盈虧平衡點(diǎn)作為盈虧平衡分析的主要指標(biāo)。

該光伏微電網(wǎng)年總發(fā)電量Q為171915kWh，年均收入R為26.15萬元，則光伏度電價(jià)格P為1.52元/kWh，年固定成本F為13.51萬元，年可變成本3.24萬元，年單位發(fā)電可變成本V為0.188元/kWh。表3為光伏微電網(wǎng)的盈虧平衡分析指標(biāo)。

由表3可知，采用單因素盈虧平衡分析的方法，即在其它計(jì)算參數(shù)不變的條件下，光伏微電網(wǎng)的發(fā)電產(chǎn)量若低于101.43MW·h/年，或銷售收入低于154.17萬元/年，或生產(chǎn)能力利用率低于58.99%，或發(fā)電的銷售價(jià)格低于0.95元/（kW·h）時(shí)，則項(xiàng)目無法獲得收益；上述盈虧平衡指標(biāo)等于平衡點(diǎn)數(shù)值時(shí)，項(xiàng)目收入與成本持平；當(dāng)上述盈虧平衡指標(biāo)高于平衡點(diǎn)數(shù)值時(shí)，項(xiàng)目可獲得收益。

4 結(jié)語

本文建立了光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性模型，對(duì)某光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，所得的結(jié)果較為合理。所研究的光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)稅后投資收益率、稅后內(nèi)部收益率、稅后動(dòng)態(tài)投資回收期和稅后凈現(xiàn)值分別為2.81%、5%、14.9年和13.31萬元。利用盈虧分析的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行了光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)的盈虧平衡分析，找到了盈虧平衡點(diǎn)。本文的研究可以為光伏微電網(wǎng)的研究和工程應(yīng)用提供理論參考和工程指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭力，劉文建，焦冰琦，等.獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34（4）：524-536.

[2]Basu A K，Bhattacharya A，Chowdhury S，et al.Plannedscheduling for economic power sharing in a CHP-based micro-grid[J].IEEE Transactions on Power Systems，2012，27（1）：30-38.

[3]朱蘭，嚴(yán)正，楊秀，等.風(fēng)光儲(chǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)蓄電池容量?jī)?yōu)化配置方法研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（12）：26-31.

[4]牛銘，黃偉，郭佳歡，等.微電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（11）：38-42.

[5]茆美琴，孫樹娟，蘇建徽.包含電動(dòng)汽車的風(fēng)/光/儲(chǔ)微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性分析分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（14）：30-35.

[6]國(guó)家計(jì)委建設(shè)部.建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)（第3版）[M].中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

[7]朝華.中華人民共和國(guó)企業(yè)所得稅法實(shí)施條例中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令第512號(hào)[J].化學(xué)工業(yè)，2008，26（1）.

[8]潘艷珠.工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[9]周楠，樊瑋，劉念，等.光伏微電網(wǎng)的多主體合作運(yùn)營(yíng)模式及效益分配[J].電網(wǎng)與清潔能源，2016（5）.

[10]曹石亞，李瓊慧，黃碧斌，等.光伏發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及發(fā)展預(yù)測(cè)[J].中國(guó)電力，2012，45（8）.